[发明专利]一种自适应电压调节器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及到一种自适应电压调节器。

背景技术

随着半导体技术的迅速发展，越来越多的功能可以集成到一颗芯片里面，这极大的促进了便携式设备的发展。便携式设备的功耗决定了其一次充电可使用的时间，随着功能的增加，其功耗也在急剧增加，如何减少便携式设备的功耗成为了集成电路领域的热门课题。

基于流水线结构的数字负载，如中央处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)，都能在不同的时钟频率下工作。高频工作的数字电路中，门电路的开关功耗是功耗的主要组成部分，开关功耗与工作频率成正比，与工作电压的平方成正比。对于给定的工作任务，CPU或DSP完成任务所需的时钟周期个数是确定的，只降低CPU或DSP的工作频率而不改变其工作电压，完成此任务消耗的总能量是不变的。而在工作频率固定时，适当降低CPU或DSP的电源电压，其消耗的能量将明显减小。根据不同的工艺偏差、温度和负载工作频率实时自适应地调节负载供电电压，使其能量消耗最小化，这种低功耗方法称为自适应电压调节(AVS，Adaptive Voltage Scaling)。

在目前，自适应电压调节方式主要有以下几种：1)利用ADC、DPID、DPWM构成控制环路做成自适应DC-DC变换器，但此法需要数字环路补偿；2)根据电压调节过程中负载电路(CPU或DSP)的运行出错率来调节电压，同时用错误校正机制来纠正错误来实现自适应电压调节，但此法实现复杂，且系统纠错耗费时间。3)基于有限状态机设计的全数字的不需要PID补偿的自适应Buck功率变换器，但其电路实现较为复杂。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提出一种采用主极点补偿方式的自适应电压调节器。

本发明的技术方案：如图1所示，一种自适应电压调节器，包括电源模块、驱动及死区控制模块、数字脉宽调制器、工作模块切换模块、主极点补偿模块、延迟检测模块、软启动模块和数控振荡器；其中，驱动及死区控制模块的输出端接电源模块的输入端；电源模块的电源输入端接外部电源，其接地端接地电位，其输出端接延迟检测模块的第一输入端；延迟检测模块的第二输入端接数控振荡器的输出端，其输出端接主极点补偿模块的第一输入端；数控振荡器的输入端为频率控制码；主极点补偿模块的第二输入端接工作模块切换模块的输出端，其输出端接工作模块切换模块的第一输入端；工作模块切换模块的第二输入端接软启动模块的输出端，其输出端接数字脉宽调制器的输入端；数字脉宽调制器的输出端接驱动及死区控制模块；主极点补偿模块的时钟信号及使能端、软启动模块的时钟信号及使能端和数字脉宽调制器的时钟信号及使能端均接外部时钟信号和使能控制信号。

具体的，如图2所述，所述数字脉宽调制器由计数器、比较器、延迟线、选择器、分频器和RS触发器构成；其中，计数器接外部时钟信号和使能控制信号，其输出端接比较器的第一输入端；比较器的使能端接使能控制信号，其第二输入端接工作切换模块的输出端，其输出端接延迟线的输入端和选择器的第一输入端；延迟线的输出端接选择器的第二输入端；选择器的第三输入端接工作切换模块的输出端，其输出端接RS触发器的R输入端；分频器接外部时钟信号和使能控制信号，其输出端接RS触发器的S输出端；RS触发器的输出端输出PWM信号。

本发明的有益效果为，具有结构简单、易于实现，且环路为PWM调制模式，输出电压纹波较小的优点。

附图说明

图1为本发明的自适应电压调节器的结构框图；

图2为本发明的数字脉宽调制器的结构示意图；

图3为本发明的延迟线结构示意图；

图4为本发明的调压过程工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述

本发明的主要技术方案是根据延迟检测的结果，控制模块对数字脉宽调制器(DPWM)的输入码进行加减操作，这种加减方式对应于频域中的一个零频率处的极点，利用了这个极点来控制环路。